以下の関数を微分する問題です。 (1) $y = \tan^{-1} \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}$ (2) $y = \log |\tan x|$ (4) $y = (\tan^{-1} 2x)^3$ (5) $y = \cos^{-1} x$ (7) $y = \tan^{-1} (\frac{1}{x})$

解析学微分逆三角関数合成関数の微分
2025/5/23

1. 問題の内容

以下の関数を微分する問題です。
(1) y=tan1x12xy = \tan^{-1} \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}
(2) y=logtanxy = \log |\tan x|
(4) y=(tan12x)3y = (\tan^{-1} 2x)^3
(5) y=cos1xy = \cos^{-1} x
(7) y=tan1(1x)y = \tan^{-1} (\frac{1}{x})

2. 解き方の手順

(1) y=tan1x12xy = \tan^{-1} \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}
合成関数の微分を行います。まず、tan1u\tan^{-1} uの微分は11+u2\frac{1}{1+u^2}です。次に、v\sqrt{v}の微分は12v\frac{1}{2\sqrt{v}}です。最後に、x12x\frac{x-1}{2-x}の微分は(2x)(x1)(1)(2x)2=2x+x1(2x)2=1(2x)2\frac{(2-x) - (x-1)(-1)}{(2-x)^2} = \frac{2-x+x-1}{(2-x)^2} = \frac{1}{(2-x)^2}です。したがって、
dydx=11+x12x12x12x1(2x)2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + \frac{x-1}{2-x}} \cdot \frac{1}{2\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}} \cdot \frac{1}{(2-x)^2}
=2x2x+x112x12x1(2x)2= \frac{2-x}{2-x+x-1} \cdot \frac{1}{2\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}} \cdot \frac{1}{(2-x)^2}
=2x112x12x1(2x)2= \frac{2-x}{1} \cdot \frac{1}{2\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}} \cdot \frac{1}{(2-x)^2}
=12(2x)2xx1= \frac{1}{2(2-x)} \cdot \sqrt{\frac{2-x}{x-1}}
=12(2x)x12x=12(2x)2x12x=12(2x)(x1)= \frac{1}{2(2-x)\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}} = \frac{1}{2\sqrt{(2-x)^2\frac{x-1}{2-x}}}=\frac{1}{2\sqrt{(2-x)(x-1)}}
(2) y=logtanxy = \log |\tan x|
dydx=1tanxddx(tanx)=1tanx1cos2x=cosxsinx1cos2x=1sinxcosx=22sinxcosx=2sin2x\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\tan x} \cdot \frac{d}{dx}(\tan x) = \frac{1}{\tan x} \cdot \frac{1}{\cos^2 x} = \frac{\cos x}{\sin x} \cdot \frac{1}{\cos^2 x} = \frac{1}{\sin x \cos x} = \frac{2}{2\sin x \cos x} = \frac{2}{\sin 2x}
(4) y=(tan12x)3y = (\tan^{-1} 2x)^3
dydx=3(tan12x)211+(2x)22=6(tan12x)21+4x2\frac{dy}{dx} = 3(\tan^{-1} 2x)^2 \cdot \frac{1}{1 + (2x)^2} \cdot 2 = \frac{6(\tan^{-1} 2x)^2}{1+4x^2}
(5) y=cos1xy = \cos^{-1} x
dydx=11x2\frac{dy}{dx} = -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
(7) y=tan1(1x)y = \tan^{-1} (\frac{1}{x})
dydx=11+(1x)2(1x2)=11+1x2(1x2)=x2x2+1(1x2)=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + (\frac{1}{x})^2} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = \frac{1}{1 + \frac{1}{x^2}} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = \frac{x^2}{x^2+1} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = -\frac{1}{x^2+1}

3. 最終的な答え

(1) 12(2x)(x1)\frac{1}{2\sqrt{(2-x)(x-1)}}
(2) 2sin2x\frac{2}{\sin 2x}
(4) 6(tan12x)21+4x2\frac{6(\tan^{-1} 2x)^2}{1+4x^2}
(5) 11x2-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
(7) 1x2+1-\frac{1}{x^2+1}

「解析学」の関連問題

$1 < t < e$ を満たす実数 $t$ について、xy平面上の4点 $(1, 0)$, $(e, 0)$, $(e, 1)$, $(t, \log t)$ を頂点とする四角形の面積 $S$ を求...

積分面積対数関数
2025/5/23

関数 $f(x) = \frac{1}{2x-4}$ について、以下の問いに答える。 (1) 関数 $y = f(x)$ の漸近線を求め、逆関数 $f^{-1}(x)$ を求める。 (2) 逆関数 $...

関数逆関数漸近線グラフ
2025/5/23

関数 $f(x) = \sqrt{x-2}$ について、以下の問いに答えます。 (1) 関数 $y=f(x)$ の定義域と値域を求めます。 (2) 関数 $f(x)$ の逆関数 $f^{-1}(x)$...

関数定義域値域逆関数グラフ
2025/5/23

以下の5つの極限値を求める問題です。 (1) $\lim_{x \to 1} \frac{2x - 2}{\log x}$ (2) $\lim_{x \to 0} \frac{x - \sin^{-1...

極限ロピタルの定理マクローリン展開三角関数
2025/5/23

以下の定積分を計算します。 (1) $\int_{-2}^{3} dx$ (2) $\int_{3}^{-1} xdx$ (3) $\int_{1}^{2} (3x^2 - 2x + 3) dx$ (...

定積分積分
2025/5/23

与えられた2つの関数について、マクローリン展開を求める問題です。 (1) $f(x) = \frac{1}{4 + x^2}$ (2) $g(x) = (e^x - e^{-x})^2$

マクローリン展開級数展開関数
2025/5/23

問1:x軸上を運動する質点の時刻 $t$ における速度 $v(t) = e^{-\frac{t}{2}}\sin(2t)$ について、 (i) $0 \le t \le 2\pi$ の範囲で $v(t...

微分積分運動方程式減衰振動指数関数三角関数終端速度
2025/5/23

与えられた4つの関数について、Maclaurin展開を求める。 (1) $\frac{1}{4+x^2}$ (2) $(e^x - e^{-x})^2$ (3) $\cos^2 x$ (4) $\ln...

Maclaurin展開テイラー展開級数関数
2025/5/23

半径2の円周上を運動する質点A, Bについて、それぞれの時刻 $t$ における位置ベクトルが与えられています。 $r^A(t) = 2(\cos(\frac{\pi t}{3} - \frac{\pi...

ベクトル軌跡角速度周期速度加速度円運動微分
2025/5/23

$1 + \sin\theta$ と $1 - \cos\theta$ は等しいかどうかを問う問題です。

三角関数sincos等式評価
2025/5/23